УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭКСТРАГИРОВАНИЯ ТОРФА Российский патент 1998 года по МПК C10G1/04 B01D11/02 

Изобретение относится к устройству для экстрагирования торфа, в частности к устройству для экстрагирования торфа, которое включает экстракционный резервуар, систему труб для подачи жидкой экстрагирующей среды и систему труб для выхода экстракта.

Предпосылки к созданию изобретения
Экстрагирование больших количеств торфа можно осуществлять статическим способом, который, однако, является неудовлетворительным, что доказывается ниже. Статическое экстрагирование обычно используют для получения - из сырья с рыхлой структурой и довольно низкой степенью измельчения - экстрактов, которые можно легко промывать партиями с помощью подходящего экстрагирующего растворителя. Статическое экстрагирование выполняют в экстракционных баках, которые при необходимости оборудованы механической мешалкой. Такие баки загружают торфом и экстрагирующим растворителем в любой последовательности. Смесь торфа и растворителя можно периодически перемешивать.

Экстрагирующую жидкость поддерживают в контакте с торфяным материалом в течение времени, достаточного для получения насыщенного раствора нужного вещества или веществ в экстрагирующей среде. Затем частицам торфа дают осесть и либо фильтруют супернатант экстракта, либо собирают экстракт в донной части экстрактора через фильтр.

Когда такой способ применяют для сырого высушенного воздухом торфа, то сбор экстракта в донной части экстрактора зачастую оказывается невозможным из-за образования почти непроницаемого слоя грязи в результате оседания набухших частиц торфа.

Несмотря на то что более интенсивное перемешивание смеси увеличивает контакт частиц торфа с экстрагирующим растворителем, эта процедура приводит к дисперсии слоя грязи и делает невозможным сливание чистого экстракта. Осаждение и разбухание частиц торфа создают дополнительные трудности при разгрузке баков для их очищения перед следующим рабочим циклом. Ситуация не улучшается ни в том случае, когда баки вначале заполняют торфом, а затем заливают растворителем, ни тогда, когда процедуру проводят в обратном порядке, то есть вначале заливают растворитель, а затем добавляют торф.

Кроме того, при процедуре сливания нужные активные вещества диффундируют в экстрагирующий растворитель только из верхней части слоя торфа, что приводит к низкой концентрации супернатанта в жидкости, и следовательно, к низкой эффективности процесса экстрагирования. Нужные вещества, присутствующие в более глубоких уровнях слоя торфа, не растворяются, а выгружаются с остатками торфа после экстрагирования.

Сходные недостатки, т. е. коагуляция частиц торфа и образование слоев грязи, возможны при использовании улучшенного экстрагирующего устройства карусельного типа для непрерывной экстракции твердых частиц, как предложено в патенте США 3131202. Оно содержит резервуар с по меньшей мере двумя ступенями и по меньшей мере двумя горизонтальными ярусами внутри, которые содержат колесо типа турбины с несколькими секторными отделениями, вращающимися вокруг центральной вертикальной оси. Колесо типа турбины подпирается стационарной перфорированной нижней пластиной, которая имеет отверстия для удаления твердых частиц с одного яруса на следующий, расположенный ниже. Устройство действует посредством вращения колеса турбинного типа вокруг вертикальной оси и тем самым перемещения твердого материала по кругу до тех пор, пока этот материал не провалится сквозь отверстия в днище с верхнего в нижний ярус (ярусы) экстрактора, в то время как при экстрагировании жидкость разбрызгивается сверху на твердый материал в каждом ярусе отдельно.

В международной патентной заявке WO 92/16600 предлагается способ динамического экстрагирования, который выполняют в экстракторах с постоянным слоем торфа и непрерывно текущим потоком экстрагирующей жидкости. Растворитель подают через перфорированную донную часть контейнера с торфом и обеспечивают устойчивое и однородное пропитывание слоя торфа. После прохождения через слой экстракт собирается над верхним уровнем слоя торфа.

В экстрагирующем устройстве, известном из заявки WO 92/16600, экстрагирующую среду подают в устройство под определенным давлением. При практическом применении устройства отмечено образование слежавшегося осадка около перфорированной пластины донной части в пределах слоя торфа из-за давления слоя торфа, поскольку экстрактор сначала загружают торфом, а затем закачивают в него экстрагирующую среду.

Зачастую оказывается, что начальное давление жидкости является настолько высоким, что весь слой торфа - не пропитанный как следует - также выталкивается вверх либо остается сухим во во время экстрагирования, поскольку жидкость образует каналы для протока через слой торфа или же жидкость предпочтительно проходит между слоем торфа и стенками экстрактора. Данное явление определяют как "стеночный эффект". Соответственно, возникают серьезные сомнения, происходит ли действительно смачивание и суспендирование всех частиц торфа в экстрагирующей среде благодаря равновесию между скоростью потока жидкости и скоростью осаждения твердых частиц. Фактически, в слое торфа имеются большие участки, в которых скапливается воздух, и по этой причине частицы торфа не могут свободно оседать, а выносятся вверх с потоком экстрагирующей жидкости.

Основные трудности при эксплуатации экстракторов такого типа заключаются в регулировании устойчивого и однородного потока экстрагирующего агента через слой торфа. Кроме того, "стеночный эффект" приводит к тому, что частицы торфа, находящиеся вблизи стенок экстрактора, лучше пропитываются экстрагирующим растворителем по сравнению с центром слоя. С другой стороны, наличие более высокой скорости потока растворителя в области стенки приводит к неравномерному экстрагированию нужных веществ и тем самым снижает эффективность процесса. Основной причиной этого эффекта является трудность деаэрации слоя торфа.

Сущность изобретения
Целью настоящего изобретения является создание устройства, которое обеспечивает описанное выше динамическое экстрагирование и в котором устранены недостатки известных экстракторов, тем самым обеспечивается возможность экстрагирования торфа без разрушения его естественной капиллярной структуры.

Другой целью настоящего изобретения является создание устройства со стационарным слоем торфа, который пропитывают экстрагирующим агентом до той же самой степени, как это происходит при пропитывании водой естественных слоев торфа.

Другой целью изобретения является создание устройства, которое можно эксплуатировать более эффективным способом, чем прежде, получая тем самым больший выход продукта.

Эти цели можно осуществить с помощью устройства для экстрагирования торфа, включающего экстракционный резервуар, систему труб для подачи жидкой экстрагирующей среды, систему труб для выхода экстракта, которая отличается тем, что экстракционный резервуар содержит неперфорированные стенки, формирующие внешний резервуар и внутреннюю камеру резервуара, содержащую перфорированные стенки для загрузки слоя торфа, предназначенного для экстрагирования, причем система подающих труб сообщается с указанной внутренней камерой резервуара, и предпочтительно установлена так, что выступает и открывается в указанную внутреннюю камеру резервуара, в то время как указанная система выходных труб установлена на указанном внешнем резервуаре.

Наличие внешнего резервуара, в который растворитель подают в слой торфа снаружи и/или изнутри указанной внутренней камере резервуара через по меньшей мере одну перфорированную стенку указанной внутренней камеры резервуара, позволяет обеспечить лучшее оседание рассеянных частиц торфа в пространстве между внутренним и внешним резервуаром так, что достигается более высокая чистота и тем самым облегчается или даже исключается дальнейшая обработка экстракта.

Если по меньшей мере две противоположные стенки указанной внутренней камеры резервуара являются перфорированными, то экстрактор может быт заполнен до более высокого уровня, чем экстракторы известного уровня техники, без риска получения большого количества примесей (частиц торфа) в экстракте. Кроме того, таким образом увеличивается насыщенность раствора.

Тем не менее, если внутренняя камера резервуара полностью окружена перфорированными стенками и таким образом обеспечивается большая область поверхности для взаимодействия растворителя и экстрагируемого вещества, чем в экстракторах известного уровня техники, это также приводит к большему обмену веществ между растворителем и слоем торфа. Это происходит благодаря тому, что растворитель поступает во внутреннюю камеру резервуара со всех сторон, в то время как нужные вещества после растворения могут проходить в пространстве между внутренней камерой резервуара и стенками внешнего резервуара. Кроме того, применение двух резервуаров, помещенных один внутри другого, устраняет неблагоприятный "стеночный эффект", присущий известным экстракторам. В результате достигают более высокой насыщенности экстракта и лучшего использования торфа и, таким образом, усовершенствования эксплуатации и повышения ее эффективности.

В то время как экстракторы известного уровня техники имеют, как правило, круглое поперечное сечение, настоящее изобретение пересматривает оптимальную поперечную конфигурацию экстрактора. Фактически, настоящее изобретение создает расширенную поверхностную область, на которой происходит взаимодействие веществ. В то время как возможно создание разнообразных поперечных конфигураций с большей поверхностной областью по отношению к объему, это не должно привести к образованию слишком многих углов, из которых трудно удалять остатки торфа и грязи и, следовательно, невозможно очищать внутреннее отделение резервуара. Поэтому хорошим компромиссным решением является использование поперечного сечения в форме параллелепипеда, предпочтительно прямоугольного поперечного сечения, в частности со сравнительно большим коэффициентом соотношения размеров в одной плоскости к толщине в перпендикулярном направлении к данной плоскости. Это приводит к лучшему и более равномерному проникновению растворителя в слой торфа и через него, чем при круглом поперечном сечении, при котором периферийные области, как правило, находятся в более близком контакте с растворителем, чем центральная область. Отношение меньшей стороны указанной большей плоскости к толщине должно предпочтительно превышать 1,5:1 и может достигать отношения более 2:1, предпочтительно более 3:1, в частности 5:1 и более.

В случае плоской внутренней камеры резервуара она может иметь две больших параллельных поверхности, проходящие на небольшом расстоянии друг от друга, как правило, в вертикальном направлении и предпочтительно центрированных относительно внешнего резервуара, в то время как внешний резервуар может быть разделен центральной разделительной стенкой, примыкающей к меньшей стороне внутренней камеры резервуара так, что растворитель подают с одной стороны через подающую систему труб, расположенную на одной стороне разделительной стенки, а отводят с другой стороны разделительной стенки.

При такой компоновке пара отжимных валиков образует донную часть внутренней камеры резервуара, имеющей форму параллелепипеда, так что можно производить медленную подачу торфа сверху, а после экстрагирования - отжимать и разгружать. Это позволяет осуществлять непрерывную эксплуатацию, хотя для того, чтобы не нарушать течение растворителя, перемещение слоя торфа через экстрактор может происходить только с низкой скоростью, например, малыми порциями или малым притоком. Отжимные валики могут иметь эластичную, упругую поверхность и формировать уплотнение в донной поверхности внутренней камеры резервуара, которая предпочтительно имеет ширину, соответствующую максимальному диаметру и длине двух отжимных валиков, но в частности является немного меньшей. Между отжимными валиками и внутренними стенками резервуара могут быть установлены также другие средства уплотнения.

Однако даже круглое (или многоугольное, например, квадратное) поперечное сечение, согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, обеспечивает еще более близкий контакт между растворителем и слоем торфа, если подающая система труб включает по меньшей мере одну подающую трубу, по которой среда растворителя поступает в камеру коллектора, имеющую множество отверстий, расположенных на расстоянии для распределения среды внутри указанной внутренней камеры резервуара, причем подающая система труб предпочтительно содержит по меньшей мере два отверстия, расположенные на различных уровнях.

Таким образом, внутренние трубы для подачи экстрагирующей среды могут быть расположены аксиально в вертикальном положении, заканчиваясь приблизительно в средней области внутренней камеры резервуара в камере распределительного коллектора, предпочтительно по меньшей мере на двух уровнях. Согласно предпочтительному варианту воплощения изобретения, имеются боковые трубы, например, проходящие горизонтально, а также вне коллекторов, с тем, чтобы обеспечить по меньшей мере одно отверстие. Боковые трубы могут иметь боковые ответвления, которые также содержат по меньшей мере одно отверстие.

Каждая внутренняя подающая труба может быть разделена на внутреннее сечение, которое соединено с соответствующей секцией внешней подающей трубы. Предпочтительно, на каждой секции внешней подающей трубы имеется регулирующий клапан, позволяющий закрывать и/или регулировать поток среды растворителя у каждой отдельной подающей трубы. Это обеспечивает лучший контроль структуры потока растворителя, проходящего через слой торфа, так как каждый контрольный клапан можно эксплуатировать независимо от остальных клапанов. Кроме того, на каждой секции внешней подающей трубы может быть установлен расходомер для текущего контроля соответствующего потока растворителя. Согласно предпочтительному варианту воплощения изобретения каждый распределительный клапан можно эксплуатировать вручную и/или с помощью электроники и, кроме того, можно соединить с электронным блоком управления процессом, чтобы оптимизировать условия подачи и экстрагирования.

Для сокращения времени простоя, требуемого для очистки или технического обслуживания, в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения в верхней части внешнего резервуара предпочтительно имеется по меньшей мере один, например кольцевой, выступ на внутренней стенке, который поддерживает фланец внутренней камеры резервуара. Выступ и фланец, таким образом, может формировать уплотнение в пространстве между двумя стенками при установке уплотнения, например, прокладки, между двумя элементами. Таким образом, уплотнение препятствует любому потоку экстракта вдоль боковых стенок внешнего резервуара. Кроме того, таким способом можно легко удалять внутреннюю камеру резервуара из внешнего резервуара для выполнения очистки или технического обслуживания и таким образом минимизировать периоды простоя.

Согласно другому варианту воплощения изобретения, система отводящих труб может включать по меньшей мере одно верхнее выходное отверстие для сбора переполняющего экстракта, но предпочтительно может иметь по меньшей мере одно промежуточное и/или боковое выходное отверстие и/или по меньшей мере одно донное выходное отверстие. Таким образом, экстракт можно спускать, например, партиями, а также можно предпочтительно подавать в циркуляционный резервуар. Предлагается также комплект средств для управления циркуляцией жидкостей в трубопроводах и резервуарах устройства. Такие средства содержат по меньшей мере один клапан и/или циркуляционный насос, обеспечивающий принудительную циркуляцию. По меньшей мере один клапан можно эксплуатировать вручную и/или с помощью электроники и присоединять к предпочтительно автоматизированному электронному блоку управления процессом.

Согласно другому примеру осуществления изобретения, на различных уровнях внутреннего и/или внешнего резервуара и/или на верхней части устройства можно установить сенсорные зонды для индикации, например, фактического уровня экстрагирующей жидкости внутри и/или любого нарушения нормального процесса экстрагирования. Те же самые зонды можно соединить с электронным блоком управления процессом для обеспечения электронного, предпочтительно автоматизированного контроля электрических клапанов подающей системы труб, а также системы отводящих труб и/или насосов для оптимизации условий экстрагирования и эксплуатации экстрагирующего устройства в целом.

Согласно любому примеру осуществления изобретения, экстрагирующее устройство может быть оборудовано дополнительными средствами для оптического и/или визуального наблюдения и управления процессом.

Согласно одному из примеров осуществления изобретения, в верхней части устройства и/или на любой рабочей стороне внешнего резервуара могут быть выполнены прозрачные отверстия, например, стеклянные окна для сосудов, работающих под давлением. Такие стеклянные окна можно также оборудовать внутренними устройствами для очистки, такими как стеклоочистители ветровых стекол. Кроме того, внутри внешнего резервуара или в верхней части устройства могут быть установлены осветительные устройства для обеспечения освещения внутри экстрагирующей аппаратуры, а также для возможности оптического контроля внутренних процессов.

Эту же задачу можно также выполнять посредством оптических датчиков, соединенных с системой отображения и/или обработки данных.

Согласно одному из примеров осуществления изобретения, имеется нагревающее устройство, например теплообменник, для повышения температуры растворителя (что улучшает его растворяющие свойства), который устанавливают в системе подающего трубопровода, в частности в обратной линии. Возможна также установка средств для регулирования или контроля температуры жидкости, подаваемой в экстракционный резервуар, в частности рециркулированной жидкости.

Принудительная циркуляция экстрагирующей среды через слой торфа обеспечивает интенсификацию экстрагирования. Следовательно, предпочтительным является такой вариант осуществления изобретения, в котором поток жидкости поддерживает по меньшей мере один насос (вместо простого самотека). Предпочтительно следует использовать такой тип насоса, в частности для поддержания рециркуляции жидкости, который не вызывает никакой пульсации жидкости. Для этой цели особенно подходят лопастные насосы. Таким образом, можно исключить любые нарушения нужного, в целом постоянного и однородного потока. Для усиления экстрагирования самый конец внешнего резервуара может быть выполнен как сосуд под давлением, а системы трубопроводов могут содержать средства для создания давления, включая по меньшей мере один гидравлический насос. Такой по меньшей мере один насос и/или по меньшей мере один гидравлический насос может управляться и эксплуатироваться с помощью электронного блока управления процессом.

Кроме того, согласно любому примеру осуществления изобретения по крайней мере одно средство безопасности, например предохранительный клапан, может быть установлен на экстракционном устройстве для исключения нежелательного избыточного давления в критической ситуации и предотвращения серьезного повреждения в случае отказа.

Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение становится более очевидным из следующего ниже описания со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1a и b схематическое изображение экстрактора согласно изобретению, левая часть (a) - вид сбоку частей конструкции, а правая часть (b) - поперечное сечение частей конструкции в разрезе вдоль вертикальной оси;
фиг. 2a показывает предпочтительную систему внутренних труб, подающих экстракционную среду к слою торфа, который необходимо экстрагировать;
фиг. 2b - вид сбоку отдельной внутренней трубы, имеющей распределительный коллектор и выходящие из него горизонтальные боковые трубы;
фиг. 2c - вид сверху боковых труб с боковыми ответвлениями;
фиг. 3 - один из примеров осуществления настоящего изобретения с одним экстрактором и одним циркуляционным резервуаром с системой труб, связывающих два резервуара; и
фиг. 4 - вид сбоку и сверху другого примера осуществления изобретения, в котором конически профилированная верхняя часть экстрагирующего устройства образует крышку на внешнем резервуаре и содержит различные средства для циркуляции жидкости и управления процессом.

Подробное описание чертежей
Согласно настоящему изобретению (фиг. 1a и b) имеется внешний резервуар 1, помещенный на опоры 2. Внешний резервуар 1 может иметь конструкцию сосуда под давлением, чтобы выдержать давление, превышающее давление окружающей среды. Это давление может достигать 1 бар выше внешнего давления, но обычно располагается в диапазоне от 0,3 до 0,8 бар выше внешнего давления, предпочтительно от 0,5 до 0,7 бар. Повышенного экстрагирования достигают путем повышения давления в резервуаре 1 с помощью по меньшей мере одного насоса, описанного ниже, и/или соответствующих клапанов.

Внутри внешнего резервуара 1 имеется внутренняя камера 3 резервуара с боковыми стенками 5, которые перфорированы по меньшей мере в пределах одной области 4, как показано на донной части камеры 3 резервуара. Как видно, имеется также верхняя перфорированная стенка 23, которая закрывает верхнюю часть внутреннего резервуара выше уровня слоя торфа, заполняющего камеру 3. Таким образом, слой торфа может достигать более высокого уровня внутренней камеры резервуара, даже если отсутствует верхняя перфорированная стенка 23, без риска загрязнить жидкость супернатанта частицами торфа, которые сохраняются на этой верхней перфорированной стенке.

Согласно наиболее предпочтительному варианту осуществления изобретения внутренняя камера 3 резервуара полностью окружена перфорированными стенками, тем самым позволяя растворителю проникать в слой торфа со всех сторон и получать нужные экстрагированные вещества со всех сторон слоя. Это дает возможность получать экстракт, который является более насыщенным и имеет высокую чистоту.

Используемый здесь термин "перфорированная стенка" предназначен для обозначения любой конструкции, обеспечивающей как сохранение слоя торфа, так и имеющей отверстия для проникновения растворителя. Таким образом, изобретение не ограничивается формой таких отверстий. Например, внутренние стенки резервуара могут быть образованы с помощью перемещающегося слоя фильтра или поглотителя, который используется для очистки газов. Такие конструкции часто имеют стенки в форме множества последовательных параллельных полос или пластинок, аналогично створкам жалюзи, образующим полосообразные отверстия между каждой парой полос стенки. Зачастую такие пластины сходятся в донной части и такую конструкцию также можно использовать в контексте настоящего изобретения.

Внешний резервуар 1 предпочтительно закрыт и закупорен посредством, например, конической крышки 6. На крышке 6 имеются верхние выходные отверстия переполнения 10 и промежуточное выходное отверстие 11 отводящей системы труб. Эта система может также содержать донное выходное отверстие 7 в самой нижней части, другое выходное отверстие 7a в верхней части дна, а также боковое выходное 8, выполненное в донной части резервуара 1. Резервуар 1 может также иметь промежуточное выходное отверстие 9, предпочтительно в своей верхней части.

Хотя экстракт может выходить из резервуара 1, 3 через выходную систему труб 7-11, на верхней пластине 12 крышки 6 может быть установлена по меньшей мере одна внутренняя подающая труба 13 (фиг. 2a и b). Как показано, множество коаксиальных проходящих вертикально подающих труб 13 установлено для обеспечения более однородного распределения жидкости растворителя. Кроме того, наличие множества входных портов или отверстий позволяет сократить количество потока в каждом из них и тем самым обеспечивает лучшую регулировку потока, которая желательна по меньшей мере в пределах внутренней камеры резервуара 3. Таким образом, каждая из подающих труб может иметь по меньшей мере одно подающее отверстие, распределяющее экстрагирующую среду в слое торфа, который необходимо экстрагировать.

Каждая из труб 13 предпочтительно имеет различную длину и может заканчиваться в камере коллектора 14, которая имеет по меньшей мере два отверстия для распределения. В частности, например, горизонтальные боковые трубы 15 выходят из камер коллектора 14 для разгрузки растворителя в различных местах слоя торфа. Боковые трубы 15 могут иметь асимметрично расположенные боковые ответвления 16, в каждом из которых выполнено по меньшей мере одно подающее отверстие 17, что приводит к более однородному распределению при одновременном дальнейшем уменьшении величины потока в каждой из труб. Для обеспечения однородного распределения расстояние между смежными уровнями боковых труб 15 (которые предпочтительно расположены по меньшей мере на двух различных уровнях) должно иметь предпочтительно постоянную величину.

Боковые трубы 15 и боковые ответвления 16 на каждом уровне расположены с угловым сдвигом между соответствующими точками боковых ответвлений 16, размещенными на двух смежных уровнях.

Внутреннюю камеру 3 резервуара предпочтительно подвешивают во внешнем резервуаре 1 с возможностью легкой замены. Боковые стенки 5 внутренней камеры резервуара 2 располагаются от стенок и дна внешнего резервуара 1 для формирования между ними пространства 38. Это дает возможность частицам торфа, которые случайно захватываются жидкостью, оседать в пределах указанного внутреннего пространства на дно внешнего резервуара без образования непроницаемой грязи внутри слоя торфа, который с помощью двухрезервуарной конструкции согласно изобретению. На чертежах представлена предпочтительная конфигурация, где внутренняя камера резервуара 3 установлена с центрированием относительно внешнего резервуара 1. Возможно, однако, другое, асимметричное расположение, которое не выходит за рамки изобретения.

Как видно на фиг. 1b, для облегчения удаления внутренней камеры резервуара 3 для очистки или технического обслуживания, внешний резервуар 1 может иметь по меньшей мере один выступ 18 на внутренней стенке для крепления фланца 19 внутреннего резервуара 3. Выступ предпочтительно является кольцевым для образования уплотнения вместе с фланцем 19. Это уплотнение предпочтительно герметизируют с помощью уплотняющего средства любой известной конструкции, например, прокладки (не показана) между двумя элементами. Однако, разумеется, изобретение не ограничивается кольцевым выступом 18. Аналогично, по меньшей мере три расположенных кольцом выступа можно выполнить над внутренней окружностью внешнего резервуара 1 на равном расстоянии.

Внутренняя камера резервуара 3 может быть закрыта металлической сеткой фильтра 20, которая задерживает любые частицы торфа в пределах внутренней камеры резервуара 3 и, таким образом, обеспечивает получение очищенного экстракта. В результате дополнительная очистка или фильтрация может быть сокращена или даже исключена. Аналогично, верхние выходные отверстия переполнения 10, кроме того, могут быть дополнительно снабжены или оборудованы фильтрами 21 и/или промежуточным выходным отверстием 11 с фильтром 22.

Внутренние подающие трубы 13 закреплены внутри резервуаров 1 и 2 посредством верхней перфорированной пластины 23 с центральным отверстием 24 (фиг. 2a), через которое трубы 13 входят во внутренний резервуар 3. Как указано выше, внутренняя камера резервуара 3 не требует центрирования относительно внешнего резервуара 1, как и отверстие 24, хотя центрируемое расположение является предпочтительным. Секции 13 внутренней подающей трубы соединены с соответствующими секциями 13' внешней подающей трубы и разделяются посредством соединений (плетей), установленных на верхней пластине 12 крышки 6.

Как видно из фиг. 3 и частично из фиг. 1, снаружи описанного выше экстрактора имеется клапан 25, установленный на каждой секции 13' внешней подающей трубы, который позволяет закрывать или регулировать поток экстрагирующей среды независимо в каждой трубе. Для улучшения регулирования можно также установить расходомеры 26. Секции 13 внешней подающей трубы соединены с входным трубопроводом 27, расположенным в конце подающей линии трубопровода 28 (который является предпочтительно возвратным, как описано ниже). На линии трубопровода 28 может быть установлен закрывающий клапан 29, но предпочтительно - нагревающее устройство, например теплообменник 30, для подъема и регулирования температуры экстрагирующей среды, подаваемой под давлением посредством гидравлического насоса 31 из циркуляционного резервуара 32.

В циркуляционный резервуар 32 непрерывно подают экстракт из верхних выходных отверстий переполнения 10 резервуара 1. Аналогично, экстракт сливают партиями или непрерывно через донное выходное отверстие 7 в начальной фазе экстрагирования и затем в фазе рециркуляции - через донное выходное отверстие 7a (фиг. 1), боковое выходное отверстие 8 и промежуточное выходное отверстие 9, которые соединены с циркуляционным резервуаром 32 для сбора экстракта из резервуара 1. Промежуточное выходное отверстие 11, расположенное в крышке 6, также соединено с циркуляционным резервуаром 32. Линии трубопроводов, соединяющие выходные отверстия 8, 9 и 11 с циркуляционным резервуаром 32, не показаны на чертежах. В каждой из этих линий трубопроводов имеется запорная задвижка 34, например, для периодического вывода экстракта из резервуара 1 через соответствующую линию трубопровода.

На линии трубопровода 37, соединяющей донные выходные отверстия 7 и 7a (фиг. 1) и циркуляционный резервуар 32, установлен насос 33. Аналогично, другой насос 31 установлен в возвратной линии трубопровода 35, соединяющей циркуляционный резервуар 32 с подающейся системой трубопроводных линий 13', 13. Насос 31 может также подавать экстрагирующую жидкостью из других резервуаров, не показанных на чертежах, через дополнительные трубопроводы. Этот конец насоса может быть соединен со смешивающим устройством (не показано), в которое входят вышеупомянутые дополнительные линии трубопроводов из других резервуаров для смешивания друг с другом и с возвратной водой из резервуара 32. Смешивающее устройство предпочтительно содержит по меньшей мере один или отдельные регулирующие средства, например соответствующие клапаны, для регулировки соотношения смешивания между жидкостями, поступающими из различных линий трубопроводов.

Оба насоса 31, 33 предпочтительно являются гидравлическими насосами, создающими давление в резервуаре 1. Это давление, с одной стороны, повышает экстрагирование слоя торфа внутри камеры резервуара 3, а с другой стороны, облегчает разгрузку резервуара 1 через выходные отверстия 7, 7a (фиг. 1), 9 и 11. Это важно в тех случаях, когда давление в резервуаре 1 только немного превышает внешнее давление. Предпочтительное максимальное превышение внешнего давления составляет 1 бар. Более предпочтительные значения превышения внешнего давления располагаются в диапазоне от 0,3 до 0,8 бар, а наиболее предпочтительно от 0,5 до 0,7 бар.

Внутри возвратной линии трубопровода 35 может быть установлен клапан 36 для отключения потока экстрагирующей среды от циркуляционного резервуара 32. При подаче жидкости для циркуляции на циркуляционный резервуар 32 может быть установлен различный режим эксплуатации. Можно увеличить насыщенность рециркулируемого экстракта путем повторного пропускания жидкости через резервуары 1 и 3. В этом случае в одном из вариантов можно выгрузить часть экстракта спустя некоторое время после начала операции и затем давать непрерывный выход нужного экстракта непрерывно, в то время как другая часть проходит дальнейшую рециркуляцию. Выгружаемую порцию заменяют свежей экстрагирующей жидкостью.

Циркуляционный резервуар 32 может также служить для сбора нужных веществ, экстрагируемых из слоя торфа, и может также содержать или быть соединен с адсорбирующим слоем, в котором вещества адсорбируются адсорбирующей средой, периодически удаляемой для сбора из нее веществ. Однако в большинстве случаев предпочтительным является первый описанный режим.

Как видно на фиг. 4, на которой показан другой пример предпочтительного осуществления изобретения, для предотвращения любого нежелательного повышения давления и соответствующей опасной ситуации на конической крышке 6 установлен по меньшей мере один предохранительный клапан 39, предпочтительно настроенный на превышение давления менее 1,5 бар и наиболее предпочтительно - менее 1,0 бар. Указанный предохранительный клапан 38 может также быть защищен фильтром 22 для предотвращения случайной эмиссии частиц торфа и/или экстрагирующей жидкости в окружающую среду. Имеются дополнительные средства регулирования потока - клапаны 34a и 34b, которые регулируют выход продукта из промежуточных выходных отверстий 11 (см. фиг. 1). Клапан 34a предпочтительно открывают и закрывают вручную, в то время как клапаном 34b управляют с помощью электроники. Имеются также два устройства считывания 40 и 41, размещенные на различных уровнях на крышке 6, управляющие работой электрического клапана 34b. Верхний сенсорный датчик 40 открывает клапан 34b, а нижний сенсорный датчик 41 закрывает клапан 34b. Оба клапана 34a, 34b могут быть защищены фильтрами 22. На свободных выходных отверстиях переполнения 10 также установлены фильтры 21 для удерживания твердых частиц торфа внутри экстрактора.

Кроме того, имеются три стеклянных отверстия 42, 43, 44 в конической крышке 6, осветительное отверстие 42 для освещения внутренней части экстрактора и два отверстия 43, 44, размещенные на различных уровнях крышки 6, предпочтительно на уровне выходного отверстия переполнения и промежуточного выходного отверстия для визуального контроля за уровнем жидкости в экстракторе.

Устройство согласно настоящему изобретению предпочтительно работает следующим образом.

Сменную камеру 3 внутреннего резервуара экстрактора, находящуюся вне внешнего резервуара 1, загружают необработанным торфом, подлежащим экстрагированию, в то время как в резервуаре 1 для экстрагирования может, например, использоваться другая сменная камера 3. Таким образом, прерывание операции экстрагирования при загрузке и разгрузке слоя торфа сводится до минимума.

После загрузки внутренней камеры 3 вне внешнего резервуара 1 сменную камеру 3 помещают во внешний резервуар под давлением 1 и фиксируют крышку 6 наверху экстрактора.

Подающие трубы 13 и 13' плотно соединены посредством соединений, размещенных на верхней пластине 12 крышки 6. Затем жидкую экстрагирующую среду подают по трубопроводу 27, предпочтительно под давлением. После этого одновременно либо последовательно открывают клапаны 25, причем последовательный порядок предпочтителен. Объем экстрагирующей среды, подаваемой по трубам 13 и 13' на каждый отдельный уровень и к каждому отверстию 17 внутри слоя торфа, регулируется таким способом, что слой торфа однородно пропитывают экстрагирующей жидкостью, не разрушая капиллярной структуры необработанного торфа, подобно естественному способу пропитки торфа водой в естественных условиях. Расходомеры 26 позволяют осуществлять более полный контроль процесса пропитывания слоя торфа экстрагирующей средой.

После того как вся внутренняя емкость резервуаров 1 и 3 заполняется экстрактом и/или свежей экстрагирующей средой, путем постоянной подачи экстрагирующей среды под давлением с помощью насоса 31 далее поддерживают индивидуально регулируемый поток экстрагирующей среды из отверстий 17 боковых труб 15 и боковых ответвлений 16 секций 13 внутренней подающей трубы. В результате постоянно поднимающийся экстракт собирают около верхних выходных отверстий переполнения 10 непрерывным способом и направляют в циркуляционный резервуар 32. Посредством визуального контроля через стеклянные отверстия 43 и 44 при одновременном освещении через отверстие 42 оператор может легко наблюдать за проходящим процессом экстрагирования.

Кроме того, донное выходное отверстие 7, предпочтительно 7a, и/или боковые выходные отверстия 8 можно использовать для сбора экстракта и периодической или непрерывной его подачи посредством насоса 33 либо в циркуляционный резервуар 32, либо в отдельный резервуар. Отдельный резервуар можно применять в тех случаях, когда экстракт выгружают через нижнее донное отверстие 7, например, в течение начальной фазы экстрагирования, поскольку такой экстракт может содержать более или менее твердые частицы торфа и, следовательно, может быть загрязненным и нуждаться в очистке. Поэтому насос 33 работает как грязевой насос, а линия трубопровода, которая содержит этот насос, может также содержать средства разделения, например, фильтр. Аналогично, линия трубопровода, выходящая из бокового отверстия 8, может также содержать насос, например, грязевой насос (не показан).

Из циркуляционного резервуара 32 экстракт рециркулируют через возвратную линию трубопровода 35 в экстрактор 1, 3 до тех пор, пока торф не экстрагирован до желательной степени.

Во время рециркуляции экстрагирующей среды только малая часть экстрагирующей среды проходит через слой торфа в боковых направлениях, например, из внутренних подающих труб 13 на внешний резервуар 1. Основной поток экстрагирующей жидкости протекает вверх из отверстий 17 и собирается как переполнение через выходные отверстия 10, благодаря чему твердые частицы могут задерживаться фильтрами 21. Крышка, образуемая кольцевым выступом на внутренней стенке внешнего резервуара 1 и фланцем внутреннего резервуара 3, препятствует прохождению восходящего потока экстрагирующей среды вдоль стенок внешнего резервуара 1, исключая тем самым возникновение "стеночного эффекта", известного у предшествующих устройств экстрагирования. Пространство между внутренним резервуаром 3 и внешним резервуаром 1 заполняют экстрагирующей средой в начале экстрагирования, когда слой торфа постепенно пропитывается экстрагирующей жидкостью, начиная с нижних частей слоя.

Однако когда уровень жидкости достигает крышки, образованной указанным выступом и фланцем, то фактически боковые потоки экстрагирующей среды в значительной степени задерживаются, а следующие порции экстрагирующей среды протекают вверх к выходным отверстиям переполнения 10.

Клапаны на донных выходных отверстиях 7, 7a и боковом выходном отверстии 8 позволяют минимизировать или даже перекрывать боковой поток экстрагирующей среды через слой торфа. Множество отверстий 17 в трубах 15 и боковых ответвления 16 гарантирует однородное распределение экстрагирующей среды в пределах слоя торфа. Экстрагирующая среда, подаваемая в слой, поступает главным образом вверх.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения поддерживают минимальный боковой поток экстрагирующей среды для предотвращения длительного контакта экстрагирующей среды с частицами торфа, находящимися около перфорированных стенок внутреннего резервуара 3, и тем самым обеспечивают однородные и устойчивые условия экстрагирования во всех участках слоя торфа.

Путем использования при эксплуатации различного изменяющегося давления, под которым жидкость поступает в отдельные трубы 13, имеющие отверстия на различных уровнях, и путем регулирования потока, проходящего через боковые и донные выходные отверстия, предпочтительно вручную и/или с помощью электронно управляемых клапанов, можно получить устойчивый и однородный восходящий поток жидкости и обеспечить полное и однородное пропитывание всего слоя торфа экстрагирующей средой. Если давление поддерживают одинаковым во всех подающих трубах 13, то верхние слои торфяного слоя выносятся вверх вместе с потоком экстрагирующей среды, так как гидростатическое давление в верхних слоях основного слоя ниже, чем в донных слоях торфяного слоя.

Давление, под которым экстрагирующую среду подают к основному слою, устанавливают экспериментально таким образом, что преобладает восходящий поток и не разрушается естественная капиллярная структура торфа.

Если желательный уровень насыщенности достигнут, то клапаны 25 можно открыть больше так, чтобы объем экстрагирующей среды, подаваемый на различные уровни слоя торфа, постепенно увеличивался. Предпочтительно, это не выполняют на всех клапанах 25 одновременно, а начинают увеличение потока экстрагирующей среды с самого низкого уровня. Это приводит к увеличению движения частиц торфа внутри экстрагирующей среды и будет, кроме того, увеличивать насыщенность экстракта веществами, экстрагированными из торфа.

Описанный выше способ эксплуатации приводит к однородной и "тщательной" экстракции торфа. Кроме того, в сочетании с конструктивной особенностью внутреннего резервуара 3 он позволяет легко выгружать экстрагированный торф из внутреннего резервуара 3 и из экстрагирующего устройства в целом.

После завершения экстрагирующего процесса экстракт полностью спускают из экстрактора, вначале через промежуточные выходные отверстия 11 и 9, а затем через боковое выходное отверстие 8 и донные выходные отверстия 7a и 7. Экстрагированный слой торфа можно вымыть на следующей стадии частью новой экстрагирующей среды или водой путем подачи соответствующей промывающей среды из соответствующего резервуара (на чертежах не показан) через насос 31 на коллектор 27 и затем к слою торфа таким же способом, как описано выше. И наоборот, внутреннюю камеру резервуара 3 можно удалить из внешнего резервуара 1 для того, чтобы вне устройства промыть содержащийся в ней торф, а вновь загруженную камеру 3 поместить в экстрактор 1.

В одном из примеров практического осуществления изобретения донная часть внутреннего резервуара не перфорирована, в то время как боковые стенки перфорированы в области пунктирных линий 4 на фиг. 1a. В таком примере предпочтительного осуществления изобретения донная пластина внутреннего резервуара скреплена с боковыми стенками шарниром и может открываться для разгрузки экстрагированного торфа из внутреннего резервуара. Перед разгрузкой экстрагированного торфа экстрагирующую среду отделяют от слоя. Это выполняют постепенно путем последовательного открывания промежуточных выходных отверстий 11, 9, бокового отверстия 8 и донных выходных отверстий 7a и 7. Если экстрагирующую среду собирают через донное выходное отверстие 7a и/или 7, то перфорированные боковые стенки внутреннего резервуара 3 позволяют произвести почти полный дренаж экстракта из слоя торфа, что не так легко осуществляется в ранее известной экстрагирующей аппаратуре.

При необходимости экстрагирующую среду или промывающую среду можно либо нагревать, либо даже охлаждать в теплообменнике 30 для достижения наилучшего использования торфяного сырья. Нагревание, несомненно, увеличивает экстрагирующую способность растворителя. Однако некоторые из необходимых веществ могут быть чувствительны к слишком большому нагреванию, поэтому чрезмерного нагрева следует избегать, причем возможно даже появление необходимости в охлаждении.

В примере наиболее предпочтительного осуществления изобретения экстрагирующее устройство содержит по крайней мере один предохранительный клапан (разгрузочный клапан) 39 на верхней части экстрактора, предпочтительно установленный на конической крышке 6 и предназначенный для исключения нежелательного избыточного давления и последующих аварийных ситуаций при непредвиденном эксплуатационном отказе.

Изобретение относится к устройству для экстрагирования торфа. Сущность изобретения: устройство для экстрагирования торфа содержит внешний резервуар, внутреннюю камеру резервуара, имеющую перфорированные стенки и представляющую собой фактически контейнер для торфа, подлежащего экстрагированию. Подающие трубы для подачи экстрагирующей среды выступают во внутреннюю камеру резервуара, а по меньшей мере одно выходное отверстие соединено с внешним резервуаром. Между внутренней камерой резервуара и внешним резервуаром имеется пространство, заполненное экстрагирующей средой. Предпочтительно среда поступает ко множеству отверстий внутри внутренней камеры резервуара и предпочтительно по меньшей мере на два разных уровня. Технический результат: обеспечение диагностического экстрагирания торфа без разрушения его естественной капиллярной структуры, создание устройства со стационарным слоем торфа и повышение выхода целевого продукта. 18 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для экстрагирования торфа, включающее экстракционный резервуар, систему труб, подающих жидкую экстрагирующую среду, и систему труб для выхода экстракта, отличающееся тем, что экстракционный резервуар содержит неперфорированные стенки, образующие внешний резервуар и внутреннюю камеру резервуара для вмещения слоя указанного торфа, подлежащего экстрагированию, которая имеет по меньшей мере одну перфорированную стенку, предпочтительно по меньшей мере две противоположные перфорированные стенки, и предпочтительно полностью окружена перфорированными стенками, причем внутренняя камера резервуара расположена таким образом, что течение потока экстрагирующего растворителя поддерживается только в направлении вверх, указанная подающая система труб сообщается с внутренней камерой резервуара и предпочтительно установлена так, что она выступает и открывается во внутреннюю камеру резервуара, а указанная система выходных труб установлена на внешнем резервуаре снаружи внутренней камеры резервуара. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что подающая система труб включает по меньшей мере одну подающую трубу, которая подает указанную среду в камеру коллектора и имеет множество расположенных на расстоянии отверстий для распределения указанной среды во внутренней камере резервуара, причем указанная подающая система труб предпочтительно содержит по меньшей мере два отверстия, размещенные на разных уровнях. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что подающая система труб содержит по меньшей мере одну питающую трубу, в которой имеется по меньшей мере одна распределительная труба, проходящая под углом к указанной питающей трубе, предпочтительно под углом приблизительно 90^o, и имеющая по меньшей мере одно отверстие, причем указанная распределительная труба, предпочтительно включает по меньшей мере одно боковое ответвление, имеющее другое отверстие, а указанная экстрагирующая среда подается через соответствующее отверстие в слой торфа в указанную внутреннюю камеру резервуара. 4. Устройство по любому из пп.1 - 3, отличающееся тем, что включает по крайней мере одну из следующих характеристик: а) подающая система трубопроводных линий содержит по меньшей мере две подающих трубы, связанных предпочтительно коаксильно; б) подающая система трубопроводных линий содержит по меньшей мере одну подающую трубу, проходящую как правило в вертикальном направлении; в) внешний резервуар представляет собой сосуд под давлением, а указанные трубы содержат создающие давление средства, включающие по меньшей мере один гидравлический насос. 5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что каждая из подающих труб содержит секцию внутренней подающей трубы и соответствующую секцию внешней подающей трубы, которая расположена снаружи указанного внешнего резервуара, указанные секции соединены друг с другом, а каждая секция внешней подающей трубы содержит распределительный клапан, предпочтительно регулируемый электронным устройством управления, что позволяет закрывать и/или регулировать поток экстрагирующей среды в каждой из указанных подающих труб так, чтобы осуществлять независимое управление каждым клапаном и подающими трубами соответственно, причем указанная внешняя подающая труба произвольно включает расходомер. 6. Устройство по любому из пп. 1 - 5, отличающееся тем, что неперфорированные стенки указанного внешнего резервуара содержат в верхней части по меньшей мере один внутренний, предпочтительно кольцевой выступ, а камера внутреннего резервуара содержит фланец, выступающий наружу и для соединения с выступом внешнего резервуара, причем выступ и фланец предпочтительно образуют крышку, в частности, содержащую герметизирующие средства, например, прокладку между ними. 7. Устройство по любому из пп.1 - 6, отличающееся тем, что неперфорированные стенки внешнего резервуара содержат в верхней части крышку предпочтительно конической формы, причем указанная крышка предпочтительно далее включает по меньшей мере одну часть подающей системы труб и по меньшей мере одну часть отводящей системы труб, соединенную с ним. 8. Устройство по любому из пп.1 - 7, отличающееся тем, что система отводящих труб содержит по меньшей мере одно верхнее выходное отверстие для периодического или непрерывного сбора излишков экстракта, а также по меньшей мере одно второе выходное отверстие, выбранное по крайней мере из одного промежуточного выходного отверстия, бокового выходного отверстия и двух донных выходных отверстий, в частности, для дозированного слива экстракта из торфа. 9. Устройство по любому из пп.1 - 8, отличающееся тем, что далее включает циркуляционный резервуар, соединенный с отводящей системой труб для подачи экстрагирующих средств и поддержания регулируемой циркуляции жидкости между указанными резервуарами, причем указанные средства содержат возвратную трубу и предпочтительно по меньшей мере один клапан в возвратной трубе и/или в циркуляционном насосе, обеспечивающем принудительную циркуляцию жидкости. 10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что указанные средства для обеспечения регулируемой циркуляции жидкости содержат по меньшей мере один насос, в частности, один насос в отводящей трубе и/или другой в возвратной трубе, который является бестолчковым насосом, предпочтительно лопастным насосом. 11. Устройство по п.9 или 10, отличающееся тем, что указанными средствами для поддержания регулируемой циркуляции жидкости управляют вручную и/или с помощью электроники. 12. Устройство по любому из пп.9 - 11, отличающееся тем, что по меньшей мере одним из указанных средств для обеспечения регулируемой циркуляции жидкости управляют электронным устройством управления процессом. 13. Устройство по любому из пп.1 - 12, отличающееся тем, что включает по меньшей мере два сенсорных средства для определения уровня жидкости внутри устройства, которые предпочтительно устанавливают на различных уровнях внешнего резервуара и наиболее предпочтительно устанавливают на разных уровнях верхней части внешнего резервуара. 14. Устройство по любому из пп. 9 - 12, отличающееся тем, что далее включает по меньшей мере два сенсорных средства для определения уровня жидкости внутри указанного устройства и по меньшей мере одно из средств для обеспечения регулируемой циркуляции жидкости управляется указанными сенсорными средствами. 15. Устройство по любому из пп.1 - 14, отличающееся тем, что далее включает нагревательные средства, предназначенные для нагревания указанной жидкой экстрагирующей среды перед подачей в камеру внутреннего резервуара через подающую систему труб, причем указанные нагревательные средства предпочтительно содержат теплообменник, который, в частности, установлен в возвратной трубе для регулирования температуры жидкости, а возвратная труба произвольно подает указанную жидкость в трубопровод для распределения к указанным питающим трубам, ведущим к экстракционному резервуару. 16. Устройство по любому из пп. 1 - 15, отличающееся тем, что далее включает прозрачные отверстия, предпочтительно стеклянные окна, пригодные для сосудов под давлением, и произвольно осветительное устройство для визуального контроля процесса. 17. Устройство по любому из пп. 1 - 16, отличающееся тем, что далее включает средства для оптического наблюдения внутренней части устройства, для оптического управления процессом. 18. Устройство по любому из пп. 1 - 17, отличающееся тем, что далее включает по меньшей мере один предохранительный клапан для исключения нежелательного избыточного давления, причем указанный предохранительный клапан предпочтительно содержит фильтр для исключения нежелательной эмиссии частиц торфа и/или экстрагирующей жидкости. 19. Устройство по любому из пп.1 - 18, отличающееся тем, что по крайней мере одна часть отводящей системы труб содержит по меньшей мере один фильтр для сохранения частиц торфа внутри экстрагирующей аппаратуры.